具有互联通信的电动车电控系统及其充放电控制方法与流程

本发明涉及电动车的电源控制设计领域，特别涉及一种具有互联通信的电动车电控系统及其充放电控制方法。

背景技术：

动力电池组及其充放电控制是电动汽车的技术瓶颈之一，常规充放电管理的对象是控制电池组两端电压，放电时会导致电池组中容量落后的模块电池深放电，充电时又会引致容量落后的模块电池被过充而加速容量衰减；也有技术方案提出将充电电压管理对象控制至模块电池，实际上，这种针对模块电池充电的技术方案虽然可使每个模块电池被充满，但由于电池组中的模块电池容量已不均衡，会引致容量落后的模块电池在下次放电时发生更深度的放电，提前终止寿命。

动力电池组之所以在实用中难以达到设计寿命，最常见的技术问题是未能及时发现电池组中容量落后的模块电池，所述模块电池通常指低压电池组，例如多格连体的铅蓄电池，以及单体在内部既串联又并联的锂电池包。在电动车的商业运行管理中，管理者还往往希望充电管理环节受控于电动车外部的中控设备，通过中控设备的控制管理延长电池的使用寿命，为此，行业希望寻求到一种能远程发现电动车电池组中的容量落后模块电池、防止容量落后模块电池被深放电以及被过充电、并且充电管理环节受控于中控设备的技术方案，降低电动车电池使用的成本。

技术实现要素：

本发明的目的在于，针对电动车串联电池组常规充放电管理存在的技术缺陷，提供一种充电管理环节受控于电动车外部中控设备的电控系统，该电控系统通过互联通信可远程发现电池组中的容量落后模块电池，具有防止容量落后模块电池被深放电以及被过充电的控制功能，能够延长电动车电池组的使用寿命。

为实现上述技术目的，本发明提供了一种具有互联通信的电动车电控系统，该系统包括：巡检模块、信号处理器、充电模块、放电模块、通信模块和中控设备；所述的信号处理器至少包括电压信号比较功能和逻辑处理功能，其信号输入端分别连接所述巡检模块和通信模块的信号输出端，其信号输出端分别连接所述放电模块、充电模块和通信模块的信号输入端；所述放电模块的电源输入端连接所述电动车的电池组两端，其电源输出端连接放电负载；所述充电模块的电源输出端连接电池组两端，其电源输入端连接电动车的外部电源；所述巡检模块的信号输入端连接电池组两端以及各模块电池的串联抽头端；所述电动车电控系统通过所述互联通信实现对所述模块电池的信息数据处理，并以所述任一模块电池的电压下降至设定值终止对电池组放电，控制对电池组执行下次充电操作。

本发明中，配合所述具有互联通信的电动车电控系统使用的电池组包括至少两个串联连接的模块电池，且模块电池两端在电池组中的串联接口设置有抽头端；所述的通信模块为向中控设备远程传输数据的发射端，同时为远程获得中控设备相关信号指令的接收端；所述设置在电动车外部的中控设备为获得通信模块远程传输数据的接收端，同时为向所述通信模块发出相关信号指令的远程发射端。

上述技术方案中，所述对电池组执行下次充电操作的电控程序内置于充电模块，充电模块的充电恒压值受控于所述信号处理器的信号指令。

上述技术方案中，所述的互联通信包括任意波段的远程无线通信网以及任意形式的信息互联网、局域网。

上述技术方案中，所述电动车电控系统的巡检模块、信号处理器、放电模块、充电模块和通信模块之间分立设置或选择性组合设置或共用一体化模块设置。

基于上述具有互联通信的电动车电控系统，本发明还提供了一种所述电动车电控系统的充放电控制方法，该方法包括：

步骤1)利用巡检模块对所述各个模块电池或/和电池组的实时放电电压进行数据巡检；

步骤2)通过步骤1)巡检得到的所述数据，利用通信模块把所述数据向所述的中控设备实时远程传输，并由信号处理器将所述数据与其内贮设定值进行比较，当检测到任一所述模块电池的电压下降到内贮设定值时，发送相应信号控制放电模块终止对所述电池组放电；

步骤3)通过所述的中控设备记录并贮存步骤1)巡检得到或步骤2)所述电池组终止放电时刻得到的电压值最低的容量落后模块电池的数据；

步骤4)利用通信模块向所述的中控设备远程获取步骤3)所述容量落后模块电池的相关信号指令。

步骤5)利用信号处理器根据步骤4)所述的信号指令监测所述容量落后模块电池的受充电压，当监测到所述容量落后模块电池的电压上升至内贮设定的恒压充电上限值vm/v时，发送相应信号控制充电模块以该时刻对所述电池组充电的实时电压作为恒压值，充电模块以该恒压值对电池组充电的电流下降至内置设定值时，变换为以恒定电流充电若干时间终止；所述的恒定电流值在0.02-0.1c/a之间选取。

上述技术方案中，所述的步骤2)或步骤3)还包括：利用通信模块向所述中控设备远程传输各个模块电池在终止放电时刻的实时电压数据。

上述技术方案中，所述步骤5)由信号处理器内贮设定的恒压充电上限值vm/v，根据所述电池组的模块电池种类确定，所述的恒压充电上限值vm/v优选国家技术标准或行业对该种类模块电池的推荐值。

本发明的一种具有互联通信的电动车电控系统及其充放电控制方法优点在于：

运用本发明的电动车电控系统实时反映电池组中的模块电池放电状态，对电池组中各个模块电池的实时电压状态进行信号采集、处理，控制容量落后模块电池不被深放电，并且通过所述设置在电动车外部的中控设备实现对电池组充电环节进行控制，使所述的模块电池不被过充电，从而有效延长电池组的使用寿命。

附图说明

图1是常规电动车电控系统对电池组的信号监测结构示意图。

图2a是本发明中电动车电控系统对电池组的信号监测控制结构示意图。

图2b是图2a中示出的电动车电控系统的结构简化示意图。

图3是信号处理器与巡检模块组合设置的电动车电控系统逻辑控制结构示意图。

图4是充电模块与放电模块组合设置的电动车电控系统逻辑控制结构示意图。

图5是充电模块与放电模块组合设置以及信号处理器与巡检模块组合设置的电动车电控系统逻辑控制结构示意图。

附图标识：

1、电池组1a、第一模块电池1b、第二模块电池

2、信号处理器3、巡检模块4、中控设备

5、放电模块6、充电模块7、放电负载

8、通信模块9、常规放电管理系统10、常规充电管理系统

具体实施方式

下面结合附图和实施例进一步对本发明的一种具有互联通信的电动车电控系统及其充放电控制方法进行详细说明。

图1是一个由第一模块电池1a和第二模块电池1b组成电动车电池组的最简单述例，在图1示例中，充放电控制的特点是以两个模块电池1a/1b串联的两端为电压信号监测对象，常规放电管理系统9与常规充电管理系统10均连接电池组的两端，这种简单的控制方法并不真实测知两个模块电池1a/1b的实际放电电压，当两个模块电池不均衡时，必然有其中一只模块电池发生深放电。

参见图2a所示，在本发明提供的具有互联通信的电动车电控系统的一个实施例中，电动车电控系统包括：巡检模块3、信号处理器2、放电模块5、充电模块6、通信模块8和中控设备4，其中，电池组1由两个串联连接的第一模块电池1a和第二模块电池1b组成，且模块电池1a/1b的串联接口设置有抽头端；信号处理器2具有电压信号的逻辑处理功能，其一个信号输入端连接巡检模块3的电压信号输出端，另一个信号输入端连接通信模块8的信号输出端，其三个信号输出端分别连接放电模块5、充电模块6以及通信模块的信号输入端；放电模块5的电源输入端连接电池组1的两端，其电源输出端连接电池组1的放电负载7；充电模块6的电源输出端连接电池组1的两端，其电源输入端连接电池组1的外部充电电源(为清晰表示逻辑控制关系，图2a未标明放电模块5/充电模块6与电池组1两端的连接)；巡检模块3的三个信号输入端分别连接模块电池1a/1b串联连接的两端以及抽头端。该实施例中，巡检模块3通过对模块电池1a/1b的放电电压数据进行实时巡检，通过通信模块8把两个模块电池的实时放电电压数据通过互联通信实时远程传输给中控设备4，并由信号处理器2与内贮数据进行比较，当检测到模块电池1a/1b中任一模块电池的电压下降到内贮设定值时，发出信号控制放电模块5终止对电池组1放电；当对电池组1充电时，中控设备4将所记录的模块电池1a/1b中放电电压较低(容量落后)的数据通过所述互联通信远程传输给通信模块8，为电池组下次充电提供监测目标依据，信号处理器获得相关的信号指令后对电池组1执行下次充电操作。

本发明中，所述的电动车电控系统可与电动车的常规充放电管理系统分立设置，亦可将其部分功能或全部功能与所述的常规充放电管理系统一体化集成；所述的放电负载7包括电机驱动系统、电控设备系统以及其他使用直流电源的装置；所述的电动车的电池组或/和模块电池，包括任意可反复充电使用的二次电池，例如锂电池、铅电池、镍锌电池以及金属储氢电池；所述的模块电池可以是单体电池，也可以是多个单体电池内部串/并联而成的一体化结构产品，后者可视为外接电压更高的模块电池。所述的电动车，包括一个轮以上的以电池为驱动能源的动力车。

信号处理器2的内部结构一般包括信号接口、工作电路以及若干功能子模块，例如内贮、计时、运算子模块，由于大规模集成电路的发展，市场上已有大量信号逻辑处理的一体化集成电路器件，因此在本发明所述的技术方案中，只阐述信号处理器2需要的功能，对模块内部结构不作任何限定。所述信号处理器2内贮设定值，优选模块电池1a/1b种类的国家技术标准或行业推荐值而定，例如当模块电池1a/1b选用标称12v的铅蓄电池，国标推荐的放电下限值为10.50v。

放电模块5具有受电动车操作装置控制放电并且受信号处理器2优先控制的功能，也可以设置为电动车常规放电管理系统的优先控制接口电路，即放电模块5可完整地独立设计，也可以在电动车常规放电管理系统加入优先控制的接口电路而形成，包括设置为与电池组放电输出端串联连接的逻辑电源开关。放电模块5的电源输出形式任意，包括直流电、逆变为常规交流电以及电流的波形、频率任意。放电模块5受信号处理器2的优先控制方法通常采用0/1数字控制逻辑，在一个实施例中，放电模块5与电池组放电管理系统分立设置，放电模块5为放电管理系统的优先控制接口电路，该接口电路受控于信号处理器2输出的0/1指令，放电模块5接收到“1”信号时正常工作，当接收“0”信号时放电模块5不工作。

充电模块6具有对电池组1恒定电压充电的功能，以及对电池组1充电电流监测和恒定电流充电的功能，其恒定电压值充电的指令受控于信号处理器2，充电电流监测和恒定电流充电的控制程序内置于充电模块6；当充电模块6接收到信号处理器2发出的恒压指令(信号处理器2通过巡检模块3监测到容量落后模块电池的受充电压上升至设定值)，对电池组1执行相应的恒压充电操作，并继续执行内置设定的恒定电流充电若干时间。充电模块6可独立设计，也可在常规充电管理系统中加入可被信号处理器2优先控制充电恒压值的逻辑接口而形成。

巡检模块3可以独立设置，也可将其巡检功能集成于信号处理器2。市场专用于电压信号巡检的集成电路模块一般由a/d转换专用芯片加微处理器构成，a/d转换专用芯片负责将电压的模拟信号转换为数字信号，微处理器控制在不同时刻对串联电池组中的某模块电池进行采样，通过采样时间比较，就可以准确获知某模块电池的实时电压，使用这类专用巡检模块，从其输出端就可以测知图2a所示第一模块电池1a和第二模块电池1b的实时电压，这类专用巡检信号处理的集成电路模块的精度一般较高，信号输入端也较多，适用于众多模块电池的实时电压巡检。当所选购的信号处理器2的信号输入端足够用时，还可以将电压巡检的信号处理功能集成在信号处理器，该电压巡检的信号输入端一般设计为(n+1)路输入通道，n为串联电池组中的模块电池只数，工作时，信号处理器内部的a/d转换子模块负责将电压的模拟信号转换为数字信号，微处理器控制在不同时刻对电池组中的某模块电池进行采样，通过采样时间比较同样可获知某模块电池的实时电压。

在一个巡检模块3与电池组的接口实施例中，巡检对象为低速电动汽车用的72v电池组，该电池组由6只12v铅蓄电池串联组成，其两端加5个抽头端共7个对外信号接口，分别与巡检模块的7个信号输入端相接，巡检模块选择a/d转换专用芯片，其信号输出端与信号处理器的信号输入端相接，a/d转换专用芯片负责将电压的模拟信号转换为数字信号，由信号处理器2控制该巡检模块在不同时刻对串联电池组中的模块电池进行采样，通过采样时间比较，可以获知模块电池的实时电压。巡检模块3除了监测各模块电池的实时放电电压，也可以同时监测电池组两端的电压。以下附图及说明中，不再专门标示巡检模块3与串联电池组1中模块电池的巡检示意结构，图2a所示巡检结构的电动车电控系统示意图简化为图2b所示。

通信模块8是为与中控设备4通过所述互联通信实现处理所述模块电池的信息数据，信号处理器2和中控设备4均设置有数据内贮的子模块。所述电动车电控系统处理的信息数据，包括通信模块8向中控设备4远程传输的各模块电池放电电压数据，例如以上所述第一模块电池1a和第二模块电池1b的实时/终止放电电压值，以及电池组的实时/终止放电电压值；所述的终止放电，包括信号处理器2发出信号控制放电模块5终止对电池组1的放电，以及放电负载7在常规运行中对电池组1的终止放电。通过设置在电动车外部的中控设备4与所述通信模块8的互联通信联系，可掌握各模块电池的实时放电状态，便于在电动车营运过程随时掌握电池组的状态，在维护中准确地检出、更换容量落后的模块电池。

中控设备4设置有数据内贮的子模块，除了具有接收通信模块8所传输数据的功能，还具有向通信模块8传输信号指令的功能，所述向通信模块8传输的信号指令，包括以容量落后模块电池放电电压数据为依据而编辑变换的信号指令，或以容量落后模块电池在电池组电源电路中的位置记忆；通信模块8通过所述互联通信向中控设备4远程获得所述信号指令后，即时传输给信号处理器2，从而为电池组1下次充电提供电压监测目标。这一由信模块8向中控设备4传输所述容量落后模块电池的放电电压数据、反过来由信模块8向中控设备4获得所述信号指令的功能设计，是为了运用所述的中控设备4对电动车电池组1的充电环节进行管理控制。

本发明所述的具有互联通信的电动车电控系统中，所述的巡检模块3、信号处理器2、放电模块5充电模块6和通信模块8可分立设置，也可选择性组合设置，上述将电压巡检模块3的功能集成在信号处理器2是选择性组合设置的一个实施例，如图3所示；同理，放电模块5和充电模块6的功能也可共用一体化模块设置，如图4和图5所示；甚至可将巡检模块3、信号处理器2、放电模块5、充电模块6包括通信模块8的全部功能共用一体化模块设置。

本发明还提供了一种具有互联通信的电动车电控系统的充放电控制方法，该方法把各个模块电池或/和电池组1的放电电压数据通过互联通信进行处理，并以电池组中任一模块电池的放电电压下降到设定值作为终止放电的依据，通过中控设备4的信号指令反馈，以电池组中的容量落后模块电池的受充电压状态作为监测对象，由信号处理器控制充电模块对整组电池执行浮选恒压值的充电操作。参考图2-5所示的电动车电控系统，所述的充放电控制方法具体包括以下步骤：

步骤1)利用巡检模块3对所述各个模块电池或/和电池组1的实时放电电压进行数据巡检；

步骤2)通过步骤1)巡检得到的所述数据，利用通信模块8把所述数据向所述的中控设备4实时远程传输，并由信号处理器2将所述数据与其内贮设定值进行比较，当检测到任一所述模块电池的电压下降到内贮设定值时，发送相应信号控制放电模块5终止对所述电池组1放电；

步骤3)通过所述的中控设备4记录并贮存步骤1)巡检得到或步骤2)所述电池组1终止放电时刻得到的电压值最低的容量落后模块电池的数据；

步骤4)利用通信模块8向所述的中控设备4远程获取步骤3)所述容量落后模块电池的相关信号指令。

步骤5)利用信号处理器2根据步骤4)所述的信号指令监测所述容量落后模块电池的受充电压，当监测到所述容量落后模块电池的电压上升至内贮设定的恒压充电上限值vm/v时，发送相应信号控制充电模块6以该时刻对所述电池组1充电的实时电压作为恒压值，充电模块6以该恒压值对电池组1充电的电流下降至内置设定值时，变换为以恒定电流充电若干时间终止；所述的恒定电流值在0.02-0.1c/a之间选取。

前述在现有常规技术中，充放电控制设备是监测电动车电池组两端的电压，会导致容量落后的模块电池深放电以及过充电；如果对每个模块电池分别充满电，又会导致电池组中各模块电池的容量更加不均衡。本发明的充放电控制方法，是以容量落后模块电池的放电电压到达下限为依据终止对整组电池放电，防止容量落后的模块电池深放电，所述以步骤3)数据所得出步骤4)所述的相关信号指令，包括以容量落后模块电池放电电压为依据而编辑变换的信号指令，或容量落后模块电池在电池组电源电路中的位置记忆，信号处理器2利用通信模块8向中控设备4获取相关信号指令的目的，是为电池组1下次充电提供电压监测的目标依据，同时利用所述电动车电控系统的中控设备4对电池组的充电环节进行管理控制。

通过上述的步骤3)和步骤4)，在下次充电以容量落后模块电池的受充电压上升到vm/v时刻来决定对整组电池充电的恒压值，这一恒压值根据所述模块电池的种类由信号处理器2内贮设定浮选逻辑。例如在低速电动车常用的6只标称12v铅蓄电池串联的电池组中，标称12v铅蓄电池恒压充电的国标推荐值为14.7v，当信号处理器2监测到该容量落后模块电池的受充电压上升至14.7v时，发出信号控制充电模块6把此时刻对整组电池充电的实时电压作为恒压值；所述的浮选，是指这一对整组电池充电的恒压值并不固定，该恒压值是由所述容量落后模块电池的充电电压上升至14.7v的时刻决定，从而防止容量落后的模块电池被过充电。

步骤5)所述充电模块6对电池组1在恒压充电末期变换为不限制电压的恒定电流充电若干时间的终止方法，是一种促使各模块电池趋向均衡的行业经验总结，所述恒定电流充电变换的电流下降设定值属优选，一般在0.02-0.04c/a之间选取，所述的“若干时间”由设置的电流强度对电池组1充入0.02-0.10c/ah电量而定。

以下实施例仅用于进一步说明本发明的技术方案，这些技术方案可单独使用，也可加入或组合并用其他成熟技术。

实施例1

设计一种四轮电动汽车用的电动车电控系统，该电动车电控系统包括巡检模块3、信号处理器2、放电模块5、充电模块6、通信模块8和中控设备4，其中，配套该电动汽车使用的电池组1由6只12v150ah的铅蓄电池电串联组成，且6只电池的串联接口设置有串联抽头端，即该72v电池组由其两端加5个抽头端共7个对外信号接口，分别与巡检模块3的7个信号输入端连接；信号处理器2具有电压信号比较功能和逻辑处理功能，其一个信号输入端连接巡检模块3的信号输出端，另一个信号输入端连接中控设备4的信号输出端，其三个信号输出端分别连接放电模块5的信号输入端、充电模块6的信号输入端以及通信模块8的信号输入端，各功能模块的控制逻辑结构示意如图2a所示。

放电模块5的电源输入端连接电池组1的两端，其电源输出端连接电池组的放电负载7，该放电模块5由电动车常规放电管理系统加入优先控制接口电路而成，该优先控制接口电路受控于信号处理器2输出的0/1指令，放电模块5当接收到“1”信号时正常工作，当接收“0”信号时不工作。充电模块6的电源输出端连接电池组1的两端，其电源输入端连接所述电动车的外部电源，该充电模块6内置有若干充电程序，具体充电恒压值受控于信号处理器2输出的相应指令。

该电动车电控系统工作时，信号处理器2向控制放电模块5发出“1”信号，放电模块5受电动车人工操作装置控制正常放电；巡检模块3通过对6个铅蓄电池的巡检获得实时放电电压数据，巡检周期为3秒；同时，巡检模块3将每次巡检获得的每个电池的实时放电电压数据传送给信号处理器2，由通信模块8把6个模块电池以及电池组1的实时放电电压数据通过互联通信实时远程传输给中控设备4，并由信号处理器2与内贮设定的数据进行比较，当信号处理器2检测到6个铅蓄电池中任一电池的电压下降到内贮设定的10.5v时，通过向控制放电模块5发出“0”信号而终止对72v电池组的放电。该放电测控中，信号处理器2还对放电实时电压相对最低或终止放电时刻首先达到10.5v的电池作出记录，该记录以该电池在电池组1电源电路中的位置信号方式，由通信模块8通过互联通信向中控设备4远程传送，并在设置有数据内贮子模块的中控设备4暂存，作为对电池组1下次充电的电压监测目标依据，所述互联通信使用任意波段的远程无线通信网；当对电池组1启动下次充电时，由通信模块8通过互联通信向中控设备4远程获得该电池在电池组1电源电路中的位置信号，将该信号传送给信号处理器2执行设定的充电程序。

充电程序设定为：充电模块6以25a恒定电流对电池组1起始充电，当信号处理器2监测到放电过程中电压相对最低或放电电压首先达到10.5v的电池的充电电压上升至14.7v时，发出控制信号给充电模块6，充电模块6接收到指令的时刻，把此时刻对电池组1充电的实时电压作为恒定电压值，以恒定该实时电压值、限制25a电流对电池组1继续充电，当电池组1的充电电流自然下降至3.00a时，变换为恒定电流7.50a不限制电压充电15分钟自动终止。

本实施例可使用户实时掌握电池组中各只电池放电的实时电压值，便于在所述四轮电动汽车维护时准确检出容量落后的电池，降低电池组的更换率。

实施例2

本实施例中，将实施例1的放电模块5和充电模块6实行一体化设计，参考图4所示的电动车电控系统结构。

实施例1中，通信模块8是把6个模块电池以及电池组1的实时放电电压数据通过互联通信远程传输给中控设备4，本实施例把信号处理器2的内贮编程进一步设定为：当放电模块5终止对电池组放电时，控制通信模块8通过互联通信向中控设备4实时远程传输6个电池在终止放电时刻的电压值，该电压值包括信号处理器2发出“0”信号控制放电模块5终止放电(其中至少一只电池的电压下降到信号处理器2内贮设定的10.5v)，以及信号处理器2处于“1”信号状态但电动汽车常规人工操控放电模块5终止电池组1放电的两种情况。本实施例可使用户通过互联通信，对该电动车电池组1的6个电池的放电状态数据更加一目了然。

最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。